KR102097816B1 - 편광자, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 출원은 편광자, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것으로서, 편광 영역 및 비편광 영역이 명확하게 패턴화된 편광자 및 이러한 편광자의 제조 방법을 제공한다.

Description

편광자, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 표시 장치 {POLARIZER, METHOD FOR PREPARING THE SAME AND DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 출원은 편광자, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치에 이용되는 편광자는 높은 투과율과 편광도를 겸비하고 있으므로, 요오드 등의 이색성 색소로 염색하여 연신 처리된 폴리비닐알코올(요오드 염색 PVA)로 이루어지는 필름(편광막)이 범용적으로 이용되고 있다. 예컨대 특허문헌 1에는 요오드 염색 PVA로 이루어지는 편광막이 기재되어 있다.
편광자는 편광 패턴이 요구되는 편광 영역 및 편광 특성이 존재하지 않는 비편광 영역이 패턴화되어 형성될 수 있고, 통상적으로 상기 비편광 영역은 편광 영역에 염기성 물질을 도포하는 공정을 통해 형성될 수 있다. 다만, 종래에는 염기성 물질을 원하는 영역(비편광 영역)에만 도포하는 것이 어려워서 정확한 패턴을 구현하기가 힘들었다.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 평7-142170호 공보
본 출원은 편광 영역 및 비편광 영역이 패턴화된 편광자로서, 정확한 패턴이 구현된 편광자, 상기 편광자의 제조 방법 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공한다.
본 출원은 편광자에 관한 것이다. 예시적인 편광자는 편광 특성을 가지는 편광 영역 및 편광 특성이 존재하지 않는 비편광 영역을 포함할 수 있다. 상기 편광 영역과 비편광 영역은 편광자의 동일 평면 내에 존재할 수 있다. 또한, 편광 영역과 비편광 영역의 형태는 특별히 한정되지 않고, 당업계의 공지의 편광자 패턴 형태를 구현할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 편광자는 상기 편광 영역의 염기성 물질에 대한 후진 접촉각 보다 작은, 염기성 물질에 대한 전진 접촉각을 가지는 비편광 영역을 포함할 수 있다. 즉, 비편광 영역의 염기성 물질에 대한 전진 접촉각은, 편광 영역의 염기성 물질에 대한 후진 접촉각보다 작을 수 있다. 본 출원은, 상기와 같이 편광 영역 및 비편광 영역의 접촉각의 관계를 제어함으로써, 명확한 패턴이 형성된 편광자를 제공할 수 있다.
본 명세서에서 용어 「접촉각」이란, 액체가 서로 섞이지 않는 물질과 접할 때, 형성되는 경계면의 각을 말하며, 특히 기체나 진공상태에서 액체와 고체간의 접촉각은 기체, 액체 및 고체간의 표면에너지의 열역학적 평형을 이루는 것으로 알려져 있다. 예를 들면, 기체 분위기에서 고체 표면에 번져있는 액체는 고체 표면의 물리적 화학적 성질이 균일할 경우 그 접촉각은 어느 지점이나 동일하다. 이러한 접촉각은 계면의 연구뿐만 아니라 접촉, 코팅, 고분자 분야, 박막기술 및 표면처리 등에서 매우 중요한 분석 기술로 활용되고 있다. 본 출원에서 접촉각의 측정 방법은 특별히 한정되지 않으나, 접촉각 측정기(UNI-CAM, P-CAM)에 의한 직접 측정, Tilting법, Neuman법, 모세관 이용법, Wesburn 방법 등이 예시될 수 있다.
한편, 본 명세서에서 용어 「전진 접촉각」이란, 액적을 고체 표면에 형성시킨 후 주사기 바늘을 접촉한 상태에서 측정하거나, 아니면 미량의 액을 연속적으로 추가하면서 측정한 접촉각을 의미한다. 이에 반해, 본 명세서에서 용어 「후진 접촉각」이란, 액적을 고체 표면에 형성시킨 후, 상기 액적을 주입한 주사기 바늘을 통해 서서히 액체의 양을 감소시킴에 따라 3 상(고체/액체/기체)의 계면이 움직이기 바로 직전의 각을 의미한다.
전술한 바와 같이, 본 출원의 편광자에서, 비편광 영역의 염기성 물질에 대한 전진 접촉각은, 편광 영역의 염기성 물질에 대한 후진 접촉각 보다 작을 수 있다. 상기와 같은 접촉각 관계를 구현하는 방법은 특별히 한정되지 않으나, 하나의 예시에서, 본 출원은 비편광 영역에 해당되는 부분을 친수성 처리하거나 편광 영역에 소수성 처리함으로써, 상기의 접촉각 관계를 형성할 수 있다. 즉, 본 출원의 편광자의 편광 영역은 소수성이고, 비편광 영역은 친수성일 수 있다.
하나의 예시에서, 편광 영역의 염기성 물질에 대한 후진 접촉각과 비편광 영역의 염기성 물질에 대한 전진 접촉각의 차이가 0.1° 내지 180°, 1° 내지 150°, 5° 내지 100° 또는 10° 내지 50°의 범위 내에 있을 수 있다. 본 출원의 구체예에서, 상기 접촉각의 차이를 제어함으로써, 명확한 패턴이 형성된 신뢰성 있는 편광자를 제공할 수 있다.
또한, 하나의 예시에서, 상기 편광자의 편광 영역의 염기성 물질에 대한 후진 접촉각은 10° 내지 180°, 30° 내지 150° 또는 40° 내지 130°의 범위 내에 있을 수 있다. 또한, 비편광 영역의 염기성 물질에 대한 전진 접촉각은 10° 내지 150°, 20° 내지 90° 또는 35° 내지 70°의 범위 내에 있을 수 있다. 상기와 같이, 편광 영역의 후진 접촉각과 비편광 영역의 전진 접촉각을 특정 범위로 제어함으로써, 편광자에서 정확한 패턴을 구현할 수 있다. 상기에서 염기성 물질로는 수산화나트륨, 황산화나트륨, 아지트화나트륨, 황산화칼륨, 티오황산칼륨, 탄산수소나트륨, 수산화칼슘, 수산화바륨, 수산화알루미늄, 수산화칼륨, 테트라메틸암모늄하이드록사이드, 테트라에틸암모늄하이드록사이드 및 암모니아로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상이 예시될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 출원의 구체예에서, 편광자의 편광 영역의 표면 에너지는 10mN/m 내지 100mN/m의 범위 내에 있을 수 있다. 또한, 편광자의 비편광 영역의 표면 에너지는 10mN/m 내지 100mN/m의 범위 내에 있을 수 있다. 상기 표면 에너지의 범위에서, 편광자의 편광 영역 및 비편광 영역은 정확하게 패턴을 형성할 수 있다. 상기 표면 에너지(γsurface, mN/m, 밀리뉴턴/미터)는 γsurface = γdispersion + γpolar 로 계산될 수 있다. 표면 에너지는, 공지의 측정 방식에 의하여 측정된 값일 수 있다. 하나의 예시에서, 표면 에너지는 물방울형 분석기(Drop Shape Analyzer, KRUSS사의 DSA100제품)를 사용하여 측정할 수 있다. 예를 들어, 표면 에너지는 측정하고자 하는 대상에 표면 장력(surface tension)이 공지되어 있는 탈이온화수를 떨어뜨리고 그 접촉각을 구하는 과정을 5회 반복하여, 얻어진 5개의 접촉각 수치의 평균치를 구하고, 동일하게, 표면 장력이 공지되어 있는 디요오드메탄(diiodomethane)을 떨어뜨리고 그 접촉각을 구하는 과정을 5회 반복하여, 얻어진 5개의 접촉각 수치의 평균치를 구한다. 그 후, 구해진 탈이온화수와 디요오드메탄에 대한 접촉각의 평균치를 이용하여 Owens-Wendt-Rabel-Kaelble 방법에 의해 용매의 표면 장력에 관한 수치(Strom 값)를 대입하여 표면 에너지를 구할 수 있다.
본 출원의 구체예에서, 전술한 바와 같이, 상기 편광 영역과 비편광 영역은 편광자의 동일 평면 내에 존재할 수 있다. 즉, 편광자를 구성하는 하나의 평면 상에, 일부는 편광 영역이고, 다른 일부는 비편광 영역일 수 있다. 또한, 편광 영역과 비편광 영역의 형태는 특별히 한정되지 않고, 당업계의 공지의 편광자 패턴 형태를 구현할 수 있다. 예를 들어, 상기 편광 영역 및 비편광 영역은 직선 패턴, 원형 패턴, 곡선 패턴 또는 글씨 형태 패턴 등의 다양한 패턴 형태를 가질 수 있다. 본 명세서에서 용어 「패턴」이란, 편광자에서 편광 영역과 비편광 영역이 이루는 형상을 의미할 수 있다.
하나의 예시에서, 본 출원의 편광자를 구성하는 소재는 상기의 접촉각 관계를 만족하는 한, 당업계의 공지의 소재를 사용할 수 있다. 예를 들어, 편광자는 폴리비닐알코올계 필름을 포함할 수 있다. 한편, 편광자의 편광 영역은 상기 폴리비닐알코올계 필름의 표면에 편광물질이 배향되어 있는 영역일 수 있다. 또한, 편광자의 비편광 영역은 상기 폴리비닐알코올계 필름의 표면에 편광물질이 존재하지 않거나, 배향되지 않은 편광물질이 존재하는 영역일 수 있다. 상기에서 편광물질은 요오드 물질일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 당업계의 공지의 이색성 염료 등을 사용할 수 있다.
본 출원은 또한, 전술한 편광자의 제조 방법에 관한 것이다. 상기 제조 방법은 편광 영역 및 비편광 영역이 형성되어 있는 편광자에서, 상기 편광 영역에 소수성 처리하는 것 또는 상기 비편광 영역에 친수성 처리하는 것을 포함할 수 있다. 즉, 편광자의 제조 방법은 상기 편광 영역에 소수성 처리하거나, 상기 비편광 영역에 친수성 처리하는 것을 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것이 아니고, 상기 소수성 처리 및 친수성 처리를 모두 진행할 수 있다.
상기에서 친수성 처리는, 당업계의 공지의 방법으로 수행할 수 있으며, 예를 들어, 코로나 처리, 플라즈마 처리 또는 프라이머 코팅 처리가 예시될 수 있다.
또한, 상기 소수성 처리도 공지의 방법으로 수행할 수 있으며, 예를 들어, 셀프 얼라인 모노레이어(SAM) 코팅 또는 소수성 플라즈마 처리가 예시될 수 있다.
상기 친수성 또는 소수성 처리를 통해, 본 출원은 편광 영역 및 상기 편광 영역의 염기성 물질에 대한 후진 접촉각 보다 작은, 염기성 물질에 대한 전진 접촉각을 가지는 비편광 영역을 형성할 수 있다. 즉, 친수성 처리가 된 비편광 영역의 전진 접촉각은, 편광 영역의 후진 접촉각 보다 작을 수 있다.
또한, 본 출원의 제조 방법은 비편광 영역에 염기성 물질을 도포하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 즉, 본 출원의 제조 방법은 상기 편광 영역 또는 비편광 영역에 소수성 또는 친수성 처리하고, 상기 친수성 성질을 갖는 비편광 영역에 염기성 물질을 도포함으로써, 편광 특성을 제거할 수 있다. 상기에서, 염기성 물질은 표면에너지 차이로 인하여 비편광 영역에만 선택적으로 도포될 수 있고, 소수성인 편광 영역에는 도포되지 않을 수 있다. 상기에서 염기성 물질로는 수산화나트륨, 황산화나트륨, 아지트화나트륨, 황산화칼륨, 티오황산칼륨, 탄산수소나트륨, 수산화칼슘, 수산화바륨, 수산화알루미늄, 수산화칼륨, 테트라메틸암모늄하이드록사이드, 테트라에틸암모늄하이드록사이드 및 암모니아로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상이 예시될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 출원에서 상기 도포되는 염기성 물질과 같은 탈색제는 증점제를 더 포함할 수 있다. 하나의 예시에서, 상기 증점제는 폴리비닐알코올계 수지, 폴리비닐아세토아세테이트계 수지, 아세토아세틸기 변성 폴리비닐알코올계 수지, 부텐디올비닐알코올계 수지, 폴리에틸렌글라이콜계 수지 및 폴리아크릴아마이드계 수지로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다.
본 명세서에서 용어 「비편광 영역」은, 편광 특성이 존재하지 않는 영역을 의미할 수 있고, 또한 예비적으로 편광 특성이 제거될 영역도 포함할 수 있다. 즉, 편광자의 비편광 영역은, 예를 들어, 폴리비닐알코올계 필름의 표면에 편광물질이 존재하지 않거나, 배향되지 않은 편광물질이 존재하는 영역일 수 있다. 한편, 본 출원의 편광자의 편광 영역은 상기 폴리비닐알코올계 필름의 표면에 편광물질이 배향되어 있는 영역일 수 있다.
한편, 본 출원의 제조 방법에서, 염기성 물질을 도포하는 단계는 잉크젯, 그라비아, 플렉소, 스크린 프린팅 또는 마스크 형성방법을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 출원은 또한 전술한 편광자를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다. 하나의 예시에서, 표시 장치란 표시 소자를 갖는 장치이며, 발광원으로서 발광 소자 또는 발광 장치를 포함할 수 있다. 표시 장치로서는 예컨대 액정 표시 장치, 유기 일렉트로루미네센스(EL) 표시 장치, 무기 일렉트로루미네센스(EL) 표시 장치, 전자 방출 표시 장치(예컨대 전장 방출 표시 장치(FED), 표면 전계 방출 표시 장치(SED)), 전자 페이퍼(전자 잉크나 전기 영동 소자를 이용한 표시 장치, 플라즈마 표시 장치, 투사형 표시 장치(예컨대 그레이팅 라이트 밸브(GLV) 표시 장치, 디지털 마이크로미러 디바이스(DMD)를 갖는 표시 장치) 및 압전 세라믹 디스플레이 등을 들 수 있다. 액정 표시 장치는 투과형 액정 표시 장치, 반투과형 액정 표시 장치, 반사형 액정 표시 장치, 직시형 액정 표시 장치 또는 투사형 액정 표시 장치 등을 포함할 수 있다. 이들 표시 장치는 2차원 화상을 표시하는 표시 장치이거나, 3차원 화상을 표시하는 입체 표시 장치일 수 있다.
본 출원은 편광 영역 및 비편광 영역이 패턴화된 편광자로서, 정확한 패턴이 구현된 편광자, 상기 편광자의 제조 방법 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공한다.
도 1 및 2는 예시적인 편광자 제조 방법을 나타내는 도면이다.
도 3은 예시적인 편광자의 평면도이다.
도 4는 예시적인 편광자 제조 방법을 나타내는 도면과 편광자의 평면도이다.
이하 본 발명에 따르는 실시예 및 본 발명에 따르지 않는 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
도 1은 본 출원에 따른 편광자의 제조 방법을 예시적으로 도시한 것이다. 상기 도 1은 편광자의 단면도(상) 및 평면도(하)를 함께 도시하고 있다. 하기 도 1의 좌측에 도시된 도면과 같이, 연신된 폴리비닐알코올(PVA)에 요오드가 염착된 편광자(10) 전체에 C4F8 가스를 이용한 소수성 플라즈마 처리를 한다. 상기 플라즈마 처리된 소수성 플라즈마 영역의 물(pure water)에 대한 접촉각은 약 90°이며, 후진 접촉각은 약 45°이다. 상기와 같이 준비된 편광판(10)에, 도 1의 우측에 도시된 도면과 같이, 비편광으로 패터닝할 영역(비편광 영역, 12)에 원형의 마스크(13)를 이용하여 공기 중 또는 산소 조건 하에서 코로나 처리를 진행한다. 상기에서 마스크는 비전도성 물질로서 폴리머 필름을 이용하였다. 코로나 처리가 된 영역(비편광 영역, 12)의 물에 대한 접촉각은 약 17°이며, 전진 접촉각은 약 40°이다. 이와 같이 준비된 편광판(10)에 10wt%의 수산화 칼륨(KOH) 용액을 디스펜서를 이용하여 도포한다. 이때 수산화 칼륨 용액의 접촉각 및 각 영역에 대한 전진 및 후진 접촉각은 상기 물에 대한 접촉각과 동일하다. 즉, 수산화칼륨 용액의 비편광 영역(12)에 대한 전진 접촉각은 약 40°이며, 편광 영역(11)에 대한 후진 접촉각은 약 45°이다(접촉각은 DSA 100을 이용하여, 상온 22℃에서 해당 기재 위에 순수(pure water)를 계속적으로 공급하면서 전진 접촉각을, 계속적으로 회수하면서 후진 접촉각을 측정). 수산화 칼륨 용액을 상기 준비된 편광판(10)에 도포하면 표면 에너지 차이로 인하여 친수성 처리가 된 비편광 영역(12)에만 수산화칼륨 용액이 도포되며, 해당 영역에서만 요오드가 탈색되어 편광 특성을 잃게 된다. 상기와 같이 제조된 편광자의 이미지(캐논, IXUS 500HS)를 도 2에 도시하였다. 도 2는 수산화 칼륨이 도포되어 원형의 비편광 영역에 선택적으로 도포되는 사진이고, 도 3은 그 결과 원형으로 비편광 영역이 명확하게 형성된 편광자를 도시하고 있다.
실시예 2
직선형의 마스크를 이용하여 코로나 처리를 함으로써, 직선 형상의 비편광 영역을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 편광판을 제조하였다. 도 4는 수산화 칼륨이 도포되어 직선형의 비편광 영역에 선택적으로 도포되는 사진과 그 결과 직선형으로 비편광 영역이 명확하게 형성된 편광자를 도시하고 있다.
10: 편광자
11: 편광 영역
12: 비편광 영역
13: 마스크

Claims (17)

  1. 폴리비닐알코올계 필름을 포함하는 편광자이고,
    상기 폴리비닐알코올계 필름은 편광 영역 및 상기 편광 영역의 염기성 물질에 대한 후진 접촉각보다 작은, 염기성 물질에 대한 전진 접촉각을 가지는 비편광 영역을 포함하고,
    상기 편광 영역은 상기 폴리비닐알코올계 필름의 표면에 편광물질이 배향되어 있는 영역이고, 비편광 영역은 상기 폴리비닐알코올계 필름의 표면에 편광물질이 존재하지 않거나 배향되지 않은 편광물질이 존재하는 영역인 편광자.
  2. 제 1 항에 있어서, 편광 영역과 비편광 영역은 동일 평면 상에 존재하는 편광자.
  3. 제 1 항에 있어서, 편광 영역의 염기성 물질에 대한 후진 접촉각과 비편광 영역의 염기성 물질에 대한 전진 접촉각의 차이가 0.1° 내지 180°인 편광자.
  4. 제 1 항에 있어서, 비편광 영역의 염기성 물질에 대한 전진 접촉각은 10° 내지 150°의 범위 내에 있는 편광자.
  5. 제 1 항에 있어서, 편광 영역의 염기성 물질에 대한 후진 접촉각은 10° 내지 180°의 범위 내에 있는 편광자.
  6. 제 1 항에 있어서, 비편광 영역의 표면 에너지는 10mN/m 내지 100mN/m의 범위 내에 있는 편광자.
  7. 제 1 항에 있어서, 편광 영역의 표면 에너지는 10mN/m 내지 100mN/m의 범위 내에 있는 편광자.
  8. 제 1 항에 있어서, 염기성 물질은 수산화나트륨, 황산화나트륨, 아지트화나트륨, 황산화칼륨, 티오황산칼륨, 탄산수소나트륨, 수산화칼슘, 수산화바륨, 수산화알루미늄, 수산화칼륨, 테트라메틸암모늄하이드록사이드, 테트라에틸암모늄하이드록사이드 및 암모니아로 이루어진 군으로부터 선택된 1 이상을 포함하는 편광자.
  9. 삭제
  10. 제 1 항에 있어서, 편광물질은 요오드 물질인 편광자.
  11. 편광 영역 및 비편광 영역이 형성되어 있는 제 1 항에 따른 편광자를 제조하기 위한 방법으로서, 상기 편광 영역에 소수성 처리하는 것 또는 상기 비편광 영역에 친수성 처리하는 것을 포함하는 편광자 제조 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 편광 영역에 친수성 처리하는 것 및 상기 비편광 영역에 소수성 처리를 하는 것을 포함하는 편광자 제조 방법.
  13. 제 11 항에 있어서, 친수성 처리는 코로나 처리, 플라즈마 처리 또는 프라이머 코팅 처리를 포함하는 편광자 제조 방법.
  14. 제 11 항에 있어서, 소수성 처리는 셀프 얼라인 모노레이어(SAM) 코팅 또는 소수성 플라즈마 처리를 포함하는 편광자 제조 방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 비편광 영역에 염기성 물질을 도포하는 단계를 추가로 포함하는 편광자 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 염기성 물질을 도포하는 단계는 잉크젯, 그라비아, 플렉소, 스크린 프린팅 또는 마스크 형성방법을 포함하는 편광자 제조 방법.
  17. 제 1 항의 편광자를 포함하는 표시 장치.
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